Automatisk avsluttende enhet for lavspenningsbrytere basert på tidsreléer

For å sikre trygg og stabil nettoperasjon og forhindre at belastningsstrømmer ødelegger elektrisk utstyr under strømtilførsel, må alle belastninger som er koblet til distribusjonstransformatorer, dekobles før energisupply.

Derfor er lavspenningsbrytere utstyrt med en undervoltage-frigjøringsfunksjon: når en transformator mister strøm på grunn av vedlikehold eller linjeavvik, forårsaker tapet av spenning på lavspenningsbussen at grenbryteren automatisk slår av. Etter at transformatoren igjen har fått strøm, og da lavspenningsbrytere generelt mangler evne til automatisk omslått, må operatører manuelt slå på bryteren på stedet for å gjenopprette strømforsyningen. Påvirket av bryterens plassering, trafikk og værforhold, tar denne manuelle operasjonen betydelig tid—gjennomsnittlig 33 minutter—som fører til forlenget strømnedbrytning og alvorlig påvirker strømforsyningens pålitelighet.

For å løse dette problemet, er det utviklet et automatisert omslåtte-enhet for lavspenningsbrytere basert på en tidsrelé. Transformatorens lavspenningsutgang leverer strøm til relékulen. Når transformatoren får strøm, blir tidsrelékulen strømført, og etter en forhåndsinnstilt forsinkelse, lukker dens glidende kontakt kortvarig slukkelseskontakten, som fører til at lavspenningsbryteren automatisk slår på. Forsinkelsen unngår transformatorinrush-strøm, og sikrer utstyrs sikkerhet. Gjennom passende kontrolllogikk, unngås automatisk omslått etter overstrømningsspark eller manuell frigjøring.

1. Designkrav og løsning

I henhold til nettoperasjonsregler, er spesifikke designkrav satt for undervoltage-automatiske overføringsenheter:

• Når høyspenningsiden av distribusjonstransformatoren mister strøm på grunn av vedlikehold eller feil, mister transformatoren spenning, og lavspenningsbryteren spark via undervoltage-frigjøring. Etter at transformatoren igjen har fått strøm, slår bryteren automatisk på etter en forhåndsinnstilt forsinkelse.

• Hvis det oppstår en feil nedstrøms fra lavspenningsbryteren, spark bryteren pålitelig og skal ikke automatisk slå på.

• Hvis lavspenningsbryteren åpnes manuelt, skal den ikke automatisk slå på.

For å møte disse kravene, foreslås en pålitelig løsning ved bruk av en tidsrelé som kontrollkjernen, ved å utnytte dens forsinkelsesegenskaper og glidende kontakter for å oppnå automatisk omslått. Den valgte tidsrelémodellen er DS-28.

Den DS-28 tidsrelén som brukes i enheten består av en elektromagnet som driver en mekanisk tidsmekanisme. Elektromagnetisk kule trekker strøm fra transformatorens lavspenningsutgang, som leverer en kontinuerlig strømført tidsrelé. Relén inneholder ett sett forsinkede glidende kontakter og ett sett forsinkede hovedkontakter (sluttkontakter). Interna kopling av tidsreléen for undervoltage-autooverføringsenheten vises i figur 1. 

For å forhindre kulebrann fra langvarig strømføring, legges det til en termisk fusistor som ekstern beskyttelsesresistor. I designet brukes terminaler 1 og 13–3 som utløser signaler koblet til strømkretsen, mens terminaler 5 og 6, og 16–3 og 17, fungerer som forsinkede glidende kontakter og øyeblikkelig normalt lukket kontakter, henholdsvis. Figur 2 viser koplingsskjemaet for tidsrelébasert automatisk omslått-enhet for lavspenningsbrytere.

2. Kontrollstrategi for undervoltage-automatisk overføringsenhet

2.1 Transformatorundervoltage

Når transformatoren opplever undervoltage, spark lavspenningsbryteren. Siden lavspenningsbussen ikke er strømført, forbli tidsrelén i sin opprinnelige tilstand, med forsinkede glidende kontakter og forsinkede hovedkontakter åpne, mens øyeblikkelig normalt lukket kontakter er lukket.

Når strømforsyningen til linjen gjenopprettes, blir transformatorens lavspenningsutgang strømført, som leverer strøm til tidsrelén. Da åpner øyeblikkelig normalt lukket kontakter, introduserer en spenningdelerresistor i kulekretsen, som fører til at elektromagnetet strømføres og holdes i langvarig engasjement. Mekanisk mekanisme begynner å operere, og forsinkede bevegelige kontakter starter å bevege seg mot lukket posisjon.

Etter den forhåndsinnstilte forsinkelsen (vanligvis satt mellom 10 til 15 sekunder via tidsjusteringsknappen på tidsrelépanelet for å unngå transformatorinrush-strøm), lukker forsinkede glidende kontakter kortvarig og åpner igjen. Dette handlingen simulerer å trykke og slippe en manuell lukking-knapp, som sikrer at lukkingkretsen ikke er kontinuerlig strømført, noe som kan forhindre manuell frigjøring eller føre til at bryteren slår på ved en feilpunkt.

Generelt har distribusjonstransformatorer kapasiteter opp til 2000 kVA, og varigheten av transformatorinrush-strøm varer rundt 6 til 10 sekunder. For å unngå innvirkningen av transformatorinrush-strøm, settes forsinkelsen til 10 til 15 sekunder under installasjon ved å justere tidsdisken på tidsrelépanelet. Koplingsskjemaet for lukkingkretsen vises i figur 3.

Hovedkontakt (sluttkontakt) lukker etter glidende kontakt og stopper ved mekanisk stoppemekanisme. Så lenge transformatorens lavspenningsutgang er strømført, vil relén forbli i denne tilstanden. Når lavspenningsutgangen mister strøm (altså elektromagnetisk kule er deaktivert), returnerer alle kontakter øyeblikkelig til deres opprinnelige posisjoner.

2.2 Bryterspark på grunn av feil

Når det oppstår en feil i nedstrømslinjen eller utstyr av lavspenningsbryteren, spark bryteren på grunn av overstrømning. Siden transformatorens lavspenningsutgang fortsatt er strømført, forbli relékontaktene i sine nåværende posisjoner, som sikrer at bryteren ikke automatisk slår på.

2.3 Manuell spark

Når lavspenningsbryteren åpnes manuelt, er transformatorens lavspenningsutgang fremdeles strømført. Relékontaktene forbli uendrede, og lukkingkretsen påvirkes ikke av tidsrelén, som hindrer automatisk lukking av bryteren.

3. Enhetens funksjonstesting

Etter montering av tidsrelébasert undervoltage-automatisk overføringsenhet, ble omfattende funksjonstester gjennomført. Etter vellykket testing, ble standardiserte installasjonsprosedyrer og koplingsskjemaer etablert, sammen med detaljerte sikkerhets- og tekniske tiltak. Enheten ble installert i 10 regioner. Etter seks måneders drift, fungerte enheten pålitelig og riktig både under planlagte vedlikeholdsperioder og feilinduserte strømnedbrytninger. Gjennomsnittlig strømgjenopprettingstid reduserte fra 33 minutter før installasjon til 10–15 sekunder.

Felttestresultater bekrefter at tidsrelébasert undervoltage-automatisk overføringsenhet for lavspenningsbrytere oppfyller alle designkrav.

4. Konklusjon

Den foreslåtte undervoltage-automatiske overføringsenheten for lavspenningsbrytere bruker tidsreléns forsinkede glidende kontakter for å løse en rekke problemer forårsaket av installasjon av undervoltage-frigjøringsspoiler. Den lar lavspenningsbrytere oppnå automatisk omslått etter undervoltage-hendelser. Enheten fungerer pålitelig under normale strømnedbrytninger og forbli inaktiv under anormale forhold. Med en enkel prinsipp, enkel kopling og lav kostnad, har enheten vist seg å gjenopprette strømtrygt og pålitelig etter undervoltage-spark i felttester, ved å redusere bryterens lukkingstid fra 33 minutter til 10–15 sekunder. Dette forbedrer betydelig nettselskapets effektivitet og strømforsyningens pålitelighet, og demonstrerer høy praktisk verdi i sanntid applikasjoner.